095 大容量多联机空调系统的运行特性分析

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1、大容量多联机空调系统的运行特性分析*本文得到国家自然科学基金的资助（编号：50676042）周德海，1986年4月，男，硕士研究生☆100084北京市海淀区清华大学建筑学院建筑技术科学系（010）62796114E-mail:wxshi@tsinghua.edu.cn清华大学周德海清华大学北京市建筑设计研究院赵伟清华大学石文星☆摘要：利用多联机空调系统（MSAC）仿真平台，以制冷工况下室内机容量连续调节的多联机空调系统为例，探讨大容量多联机系统的稳态运行特性。结果表明：多联机空调系统随连接管长度的增加，其制冷量存在较大的衰减，且制冷能效比COPc的性能域宽度逐渐增大；对

2、于单模块室外机组多联机空调系统而言，采用多台压缩机时，其部分负荷下的COPc优于单台压缩机构成的系统；由多个模块室外机组并联拼装构成的多联机空调系统，随室外机组数量的增加其COPc逐渐降低，故并联的模块室外机组数量不宜太多，以免削弱多联机系统部分负荷率时的高能效比优势。关键词：多联机空调系统；大容量；连接管长度；模块化；COP1前言多联式空调（热泵）机组是产品制造商按产品标准[1]规定条件设计、制造并检验合格出厂的产品（简称：多联式机组，包括室外机组和室内机组）；经过工程设计，在工程施工现场用制冷剂连接管将一台或数台室外机组与数台室内机组安装组成的单一制冷循环系统即为多

3、联机空调系统（简称：多联机系统）。二者均可简称为“多联机”[2]。近年来，多联机的产品技术得到快速发展，已研发出单冷型、热泵型、热回收型，风冷型、水冷型，电驱动型和热气发动机驱动型产品，并得到普及应用。然而鉴于多联机系统在实际应用中的复杂性，目前尚难以在实际工程中进行严格的测量分析，考察其实际运行性能。为把握多联机系统在实际建筑中运行特性的宏观规律，模拟仿真技术仍不失为一种有效的方法。此前，笔者对多联机的作用域问题进行了阐述，指出当合理布置室内、外机组的几何位置且当连接管长度小于经济性作用域（长度）时，其性能优于风冷热泵冷（热）水机组+风机盘管系统[3]；进一步分析指出

4、，多联机系统具有广义和狭义双重部分负荷特性[4]，由于多联机系统所服务的各室内负荷存在不均匀性，决定了多联机系统的COP是一族随室内、外工况变化的“性能域”，且采用不同控制方法的多联机系统其性能域的分布也呈现出不同的特点[5]。上述工作为多联机机组的工程应用设计（即多联机系统设计）具有一定的指导作用。近来，在实际工程中出现了多联机系统容量越来越大的现象。由于容量的增大，必然导致多联机系统的连接管长度增加；一般而言，单台模块室外机组的容量较小，故大容量多联机系统则需要采用多台压缩机并联或多台模块室外机组并联的方式才能实现。本文将针对室内、外机组连接管长度对多联机性能域的影

5、响，以及由多台压缩机和多模块室外机组构成的大容量多联机系统的性能特点进行探讨，以期为多联机的产品研发和系统设计提供参考。2连接管长度对多联机性能的影响多联机系统室外内、外机组之间的连接管包括液体连接管和气体连接管（7简称：液体管和气体管），其长度是影响多联机系统性能的重要因素。随着连接管长度的增加，制冷剂在管路内的压力损失增加，使得多联机运行性能下降，影响多联机应用的经济性[3]。文献[6]通过假定液体管和气体管内制冷剂流速估算出连接管长度对多联机运行性能的影响，得出多联机连接管长度不宜超出100m的结论，以指导工程设计；文献[7]基于文献[4]提出的多联机性能域的思想

6、，通过模拟分析，阐述了连接管长度对多联机系统性能域的影响规律，进一步明确了长管路多联机系统性能衰减的程度。本文关注不同负荷率（制冷量）下大容量多联机性能域的变化规律。鉴于室外机风扇的耗电量与系统负荷率呈正相关性，室内机风扇的耗电量较小且随机性很强（但实测结果表明，室内机风扇的总耗电量约占多联机系统总耗电量的10%），因此本文中采用压缩机的能效比COPcomp（制冷量与压缩机耗电量的比值）表征多联机系统制冷能效比COPc（制冷量与整机耗电量的比值）的变化规律。以表1所示的室内机出力通过电子膨胀阀连续控制的R410A多联机系统的制冷运行为例，在考虑连接管管径保证安全回油、连

7、接管内制冷剂与外界存在换热以及管内具有压力损失的条件下，定义室外机至分歧管之间的连接管长度为Lg，考察连接管长度Lg对多联机系统性能域的影响特征。此处，各室内机至分歧管之间的连接管长度均为5m、气体管与液体管外径分别为15.7mm和9.52mm（下文各室内机至分歧管之间的结构尺寸相同）。表1R410A交流变频多联机系统的结构参数和名义性能参数系统描述室外机组1台，室内机组：4台（单台名义制冷量为7kW）；室内、外机组的连接关系见图1额定性能参数制冷运行名义制冷量=28kW(额定频率f*=90Hz)压缩机理论输气量Vh=57.0cc/rev